鲍鱼内脏多糖水解酶及对魔芋胶的酶解改性研究

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魔芋胶(Konjac gum,KGM)具有较好的持水性、胶凝性、增稠性和成膜性,应用于医疗、化工和食品等领域。然而,魔芋胶是粘度最高的水溶性胶之一,限制了其应用范围。本文以皱纹盘鲍(Haliotis discus hannai)内脏为原料,用磷酸盐缓冲液浸提的方法从中提取制备粗酶,用于降解魔芋胶,并对降解魔芋胶(Degraded KGM samples,DKGMs)的理化性质进行研究。结果表明,鲍鱼内脏粗酶对魔芋胶的酶解最适温度约为50℃,最适pH约为6.0,在温度30-50℃,pH 5.0-7.0条件下有较高的活性。底物特异性结果表明,鲍鱼内脏粗酶对魔芋胶的酶解活性最强,是羧甲基纤维素钠的18.6倍。经过鲍鱼内脏粗酶酶解240min后,KGM(1%)的粘度由15500 m Pa.s降低至398 m Pa.s。分子量由1.80×106 Da降低至4.48×105 Da。KGM和DKGMs均为假塑性流体,且随着降解时间的增加,表观粘度显著降低。酶解后的粘弹性、熔融温度(Tm)和胶凝温度(Tg)均显著降低。酶解破坏了KGM的凝胶结构,使其微观结构呈现片状化。以上结果表明,鲍鱼内脏存在能高效水解魔芋胶的酶,在生物法降解魔芋胶方面具有潜在的应用价值。基于以上结果,利用Phenyl-HP疏水柱层析、Capto-S离子交换柱层析和Sephacryl S-200HR凝胶过滤柱层析技术从鲍鱼内脏中同步分离纯化出两种能高效水解魔芋胶的多糖水解酶,其分子量分别为50 kDa与40 kDa。LC-MS/MS质谱鉴定结果显示纯化得到的两种酶分别为内切葡聚糖酶与β-1,4-甘露聚糖酶。葡聚糖酶的最适温度为50℃,最适pH为6.0,在温度20-50℃,pH 5.5-7.5的条件下具有较高稳定性。甘露聚糖酶的最适温度为45℃,最适pH为5.5,在温度20-45℃,pH 4.5-6.0条件下具有较高稳定性。Mg2+、Cu2+、Al3+、Zn2+、Mn2+、Fe3+和Fe2+会使葡聚糖酶酶活显著下降,而Ca2+和Co2+会促进葡聚糖酶的活性。Cu2+、Zn2+、Mn2+和Fe3+对甘露聚糖酶具有抑制作用,而Ca2+、Al3+、Co2+、Mg2+、Ba2+和Fe2+能显著提高甘露聚糖酶的活性。将两种酶以不同比例复配,发现两种酶对魔芋胶的降解具有协同增效作用,当葡聚糖酶和甘露聚糖酶的比例为2:3时,表现出最强的酶解活性。将降解魔芋胶按照一定比例添加到金线鱼(Nemipterus virgatus)肌原纤维蛋白中,研究不同分子量魔芋胶对肌原纤维蛋白凝胶特性的影响。结果表明,随着魔芋胶分子量的降低,复合体系的浊度、粒径和表面疏水性都呈现先升高后下降的趋势,其中MP/KGM-150组最高。动态流变学结果表明降解魔芋胶增加了加热后肌原纤维蛋白凝胶的储能模量,其中KGM-150的效果最显著。SDS-PAGE分析结果表明,随着魔芋胶分子量的降低,肌球蛋白重链的含量呈现先下降后上升的趋势,MP/KGM-150组的条带最浅。降解魔芋胶的加入使肌原纤维蛋白的热稳定性升高,可能与其稳定了体系中水分有关。添加降解后的魔芋胶使肌原纤维蛋白的三维凝胶网络更致密均匀,其中MP/KGM-150组的凝胶网络结构最致密,水分孔隙最小,说明适度降解的魔芋胶提高了肌原纤维蛋白凝胶性能。
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